光行差

天文学术语

光行差（或称为天文光行差、恒星光行差）是指运动的观测者观察到光的方向与同一时间同一地点静止的观测者观察到的方向有偏差的现象。光行差现象在天文观测上表现得尤为明显。由于地球公转、自转等原因，地球上观察天体的位置时总是存在光行差，其大小与观测者的速度和天体方向与观测者运动方向之间的夹角有关，并且在不断变化。

发现

光行差现象是英国天文学家布拉德雷在1725~1728年发现的。

光的有限速度率和地球沿着绕太阳的轨道运动引起的恒星位置的视移位。在一年内，恒星似乎围绕它的平均位置走出一个小椭圆。这个现象在1729年由詹姆斯·布拉德雷（James bradley）发现，并被他用来测量光的速率。

详细解释

下雨的时候，如果在雨中站立，很自然手中的雨伞要竖直握在手中。当人们走动时，大家都自觉的把手中的伞倾向走动的方向，而且走动愈快，伞愈要向前倾。在雨天乘坐公共汽车或火车的时候，你同样会发现雨水在车辆在玻璃上的痕迹是倾斜的，从车辆前进方向的上端斜向玻璃的下端。

同样的道理，由于天文观测者是在地球上，他随地球一起作运动，这时他所看到的星光方向，就与假设地球不动时所看到的方向不一样，而是倾向于天文观测者或者说是地球运动的方向。地球的公转速度约为30公里/秒，光速为30万公里/秒，由此可以估算出光行差带来的角度变化约为几十角秒。

在精细的天文观测计算中，需要考虑这种光行差引起的星星视位置的影响。

地球上的观测者与天体之间的相对运动可以分解为各种成分，分别对应下面几种相应的光行差：

周年光行差——地球绕太阳公转造成的光行差，最大可以达到20.5角秒。天文学中定义周年光行差常数（简称光行差常数）为，其中c是光速，v是地球绕太阳公转的平均速度；

周日光行差——地球自转造成的光行差，比周年光行差小两个数量级，约为零点几角秒；

长期光行差——太阳系在宇宙空间中的运动造成的光行差，包括：

太阳本动造成的光行差，约为13角秒，但方向不变；

太阳系绕银河系自转造成的光行差，约为100多角秒，但周期很长。

由于地球的运动所导致的天体的视位置与真实位置之间的差异

有人误认为相对论的光速是恒定的，与参照系无关，因而不应该有与光速的速度合成出现。

其实是对相对论的误解，相对论认为速度合成会造成光速方向的变化，但光速大小不变。

若用相对论来解释的话，星球表面随星球自转而做圆周运动，有一个圆周平面的径向加速度，使时空直线沿圆周平面径向有弯曲，而光会沿着此弯曲时空直线进入人眼，其实际方向与人的视觉直线方向有差异。（差异大小，也与光线和人所在位置径向的夹角有关）

至于差异夹角有多大，与星球的自转角速度和半径，还有人的位置有关，因此会随不同星球而改变。

光行差的本质

光行差本质是由于光速有限以及光源与观察者存在相对运动造成的，类似于运动中的雨滴：下雨的时候，站在原地不动的人感觉到雨滴是从正上方落下的，而向前走的人感觉雨滴是从前方倾斜落下的，因此需要把伞微微向前倾斜。走得越快，需要倾斜得越厉害。光行差的成因与此相似，只不过不符合经典的速度叠加法则，而是需要考虑相对论效应带来的修正。

经典光行差计算：

相对论光行差计算：

地球上的观测者与天体之间的相对运动可以分解为各种成分，分别对应下面几种相应的光行差：

在一般问题中，长期光行差可以不必考虑。

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